CZ34765U1

CZ34765U1 - Equipment for cooling material, especially processed by torrefaction

Info

Publication number: CZ34765U1
Application number: CZ202038356U
Authority: CZ
Inventors: Václav Peer; Václav Ing Peer; Jan Najser; Jan Ing Najser; Jaroslav Frantík; Jaroslav Ing Frantík
Original assignee: Vysoká Škola Báňská - Technická Univerzita Ostrava
Priority date: 2020-12-14
Filing date: 2020-12-14
Publication date: 2021-01-12

Description

Zařízení k chlazení materiálu, zejména zpracovaného torefakcíEquipment for cooling material, especially processed by torrefaction

Oblast technikyField of technology

Technické řešení se týká chladicího zařízení určeného k ochlazení horkého kusového nebo sypkého materiálu, u nějž hrozí únik plynné nebo prachové složky a jejich vzplanutí, jako jsou produkty pyrolýzy fytomasy.The technical solution relates to a cooling device intended for cooling hot lump or bulk material, in which there is a risk of leakage of gaseous or dusty component and their ignition, such as products of pyrolysis of phytomass.

Dosavadní stav technikyPrior art

Pod pojmem torefakce se rozumí tepelné zpracování fýtomasy většinou ve formě pelet či štěpky. Jedná se o teploty 200 °C až 350 °C a zpravidla o částice o velikosti od 5 do 50 mm. Torefakcí se struktura těchto materiálů změní tak, že z původních houževnatých soudržných materiálů se stanou materiály křehké, méně soudržné a více podléhající obroušení a tvorbě prachových částic. Vzhledem k tomu, že v takovém materiálu je vyšší obsah hořlaviny (tj. zejména uhlíku) v podobě prachových částic, je s tím spojeno podstatně vyšší riziko vzniku nebezpečné výbušné směsi prachu se vzduchem. Ale to platí obdobně i při mletí prakticky jakýchkoli tuhých materiálů.The term torrefaction means heat treatment of phytomass, mostly in the form of pellets or chips. These are temperatures of 200 ° C to 350 ° C and are usually particles with a size of 5 to 50 mm. By torrefaction, the structure of these materials is changed so that the original tough cohesive materials become brittle, less cohesive, and more subject to abrasion and dust formation. Due to the fact that such a material has a higher content of flammable (ie especially carbon) in the form of dust particles, there is a significantly higher risk of the formation of a dangerous explosive mixture of dust and air. But the same is true when grinding virtually any solid material.

Při produkci materiálů, u nichž dochází za vyšších teplot ke vzniku látek, které jsou potenciálně nebezpečné, neboť mohou vzplanut při styku se vzduchem, je nutno takové materiály při výrobě i poté ochlazovat a případně také skladovat ve specifických podmínkách.In the production of materials which produce substances at higher temperatures which are potentially dangerous because they may ignite on contact with air, such materials must be cooled during manufacture and, if necessary, stored under specific conditions.

Jsou známa zařízení pro chlazení sypkých materiálů. Jedná se převážně o chlazení či mražení běžnými médii (vzduch, voda, oleje, chladivá), která se využívají v průmyslových aplikacích. Nicméně tyto způsoby odnímání tepla není možno využívat v případech, kdy je třeba ochlazovat křehké materiály. Výstupní teplota materiálu vystupujícího z torefakčního zařízení běžně dosahuje teplot 200 °C až 350 °C. Běžná chladicí média jej mohou poškodit (rozmělnit, změnit strukturu) nebo naopak může materiál kontaminovat chladicí médium. Též je nezbytné, aby byl omezen přímý kontakt materiálu se vzdušným kyslíkem vzhledem k citlivosti materiálu na samovolné vzplanutí.Devices for cooling bulk materials are known. It is mainly cooling or freezing with common media (air, water, oils, refrigerants), which are used in industrial applications. However, these heat removal methods cannot be used in cases where brittle materials need to be cooled. The outlet temperature of the material exiting the torrefaction device normally reaches temperatures of 200 ° C to 350 ° C. Conventional refrigerants can damage it (grind, change the structure) or, conversely, the material can contaminate the refrigerant. It is also necessary to limit the direct contact of the material with atmospheric oxygen due to the sensitivity of the material to spontaneous ignition.

Z přihlášky vynálezu CZ 1995-1311 A3 je znám chladič k chlazení zrnitého materiálu z pece, ve kterém je materiál navrstven na nepohyblivou nosnou plochu a po ní posunován hrablovým dopravníkem k výstupu, zatímco vrstvu materiálu zespodu profukuje rovnoměrně v celé ploše chladicí plyn dodávaný z injektorů. Takové řešení není použitelné k chlazení materiálu zpracovaného torefakcí, neboť při nízké rychlosti chladicího média by chlazení bylo neefektivní, a naopak při vyšších rychlostech by ve velké míře docházelo k únosu prachové složky materiálu.From the application CZ 1995-1311 A3 a cooler is known for cooling granular material from a furnace, in which the material is stacked on a stationary support surface and then moved by a rake conveyor to the outlet, while the layer of material is blown evenly over the entire surface of the cooling gas supplied from injectors. . Such a solution is not applicable to the cooling of the torrefaction material, because at a low speed of the cooling medium the cooling would be inefficient, and conversely at higher speeds a large part of the dust component of the material would be abducted.

Technické řešení si klade za úkol navrhnout zařízení k chlazení horkého sypkého materiálu, které zajistí účinné chlazení bez poškození materiálu, a přitom zamezí jeho styku s prostředím, v němž by mohlo dojít k nežádoucí chemické reakci.The technical solution aims to design a device for cooling hot bulk material, which ensures efficient cooling without damaging the material, while preventing its contact with the environment in which an undesirable chemical reaction could occur.

Podstata technického řešeníThe essence of the technical solution

Uvedený úkol splňuje zařízení k chlazení materiálu plynným chladicím médiem tvořené plynotěsným pláštěm, ve kterém se nachází vodorovná nebo šikmá nosná plocha pro vedení vrstvy materiálu posouvaného po ploše hrablovým dopravníkem nebo samospádem k výstupu. Podstata technického řešení spočívá v tom, že neperfbrovaná nosná plocha je horní plochou deskového chladiče protékaného chladicí kapalinou o teplotě v rozmezí 0 °C až -30 °C, přičemž nad vrstvou materiálu se nachází alespoň jeden přívod inertního plynného chladicího media o teplotě -20 °C až -60 °C.This task is fulfilled by a device for cooling material with a gaseous cooling medium consisting of a gas-tight jacket, in which there is a horizontal or inclined support surface for guiding a layer of material moved along the surface by a rake conveyor or gravity to the exit. The essence of the technical solution lies in the fact that the non-perforated support surface is the upper surface of the plate cooler flowing through the coolant at a temperature in the range 0 ° C to -30 ° C, while above the material layer there is at least one inlet of inert gaseous coolant at -20 ° C to -60 ° C.

- 1 CZ 34765 UI- 1 CZ 34765 UI

Průtok chladicí kapaliny chladičem je vzhledem k pohybu materiálu v protiproudu.The flow of coolant through the radiator is countercurrent to the movement of the material.

Vstup materiálu do zařízení i jeho výstup jsou opatřeny uzávěrem, např. turniketovým, bránícím úniku plynného média ze zařízení.The inlet of material into the device and its outlet are provided with a closure, eg a turnstile, preventing the escape of gaseous medium from the device.

Výstup plynného chladicího média je propojen s jeho vstupem recirkulačním potrubím se zařazeným odlučovačem prachové frakce.The outlet of the gaseous cooling medium is connected to its inlet by a recirculation pipe with a connected dust fraction separator.

Plášť je s výhodou na vnější straně pokryt tepelně izolační vrstvou.The jacket is preferably covered on the outside with a thermal insulation layer.

Objasnění výkresůExplanation of drawings

Technické řešení bude dále objasněno pomocí výkresů, na nichž obr. 1 až 4 představují schematicky v řezu různá provedení zařízení k chlazení materiálu zpracovaného torefakcí, a to obr. 1 zařízení s vodorovným chladičem a jedním přívodem plynného chladicího média, obr. 2 s vodorovným chladičem a vícenásobným přívodem plynného chladicího média, obr. 3 se šikmým chladičem bez hřeblového dopravníku a s jedním přívodem plynného chladicího média a obr. 4 se šikmým chladičem, bez hřeblového dopravníku a s vícenásobným přívodem plynného chladicího média.The technical solution will be further elucidated by means of the drawings, in which Figs. 1 to 4 represent schematically in section various embodiments of a device for cooling torrefaction material, Fig. 1 a device with a horizontal cooler and one supply of gaseous cooling medium, Fig. 2 with a horizontal cooler and a multiple supply of gaseous coolant, Fig. 3 with an inclined cooler without a scraper conveyor and with one supply of gaseous coolant and Fig. 4 with an inclined cooler, without a scraper conveyor and with a multiple supply of gaseous coolant.

Příklady uskutečnění technického řešeníExamples of technical solution

Zařízení k chlazení materiálu je tvořeno podélným pláštěm 1, který může mít válcovitý nebo hranatý tvar a který má na svém prvním konci nahoře vstup 2 horkého materiálu a na druhém konci úhlopříčně situovaný výstup 3 ochlazeného materiálu. Vstup 2 i výstup 3 materiálu jsou opatřeny turniketovými uzávěry bránícími úniku plynného média z pláště L Stejně tak je v oblasti prvního konce nahoře zaústěn do pláště 1 vstup 4 plynného chladicího média a v oblasti druhého konce dole výstup 5 plynného chladicího média. Uvnitř pláště 1 je umístěn deskový chladič 6, do nějž vstupním otvorem 8 vstupuje chladicí kapalina a po průtoku chladičem 6 z něj vystupuje výstupním otvorem 9. Horní strana chladiče 6 je rovinná bez perforace. Průtok chladicí kapaliny chladičem 6 je vzhledem k pohybu materiálu po povrchu chladiče 6 v protiproudu. Zatím co chladič 6 na vstupní straně přiléhá ke stěně pláště 1, ponechává na výstupní straně průchod pro ochlazený materiál a vystupující plynné chladicí médium.The material cooling device is formed by a longitudinal casing 1, which may have a cylindrical or square shape and which has at its first end at the top an inlet 2 of hot material and at the other end a diagonally situated outlet 3 of cooled material. The inlet 2 and the outlet 3 of the material are provided with turnstile closures preventing the escape of gaseous medium from the casing L. Likewise, in the region of the first end at the top, a gaseous refrigerant inlet 4 opens into the casing 1 and in the region of the second end at the bottom the outlet 5 of gaseous Inside the housing 1, a plate cooler 6 is placed, into which a cooling liquid enters through an inlet opening 8 and, after flowing through the cooler 6, exits through an outlet opening 9. The upper side of the cooler 6 is planar without perforation. The flow of coolant through the cooler 6 is countercurrent to the movement of the material on the surface of the cooler 6. While the cooler 6 abuts the wall of the housing 1 on the inlet side, it leaves a passage on the outlet side for the cooled material and the exiting gaseous cooling medium.

V příkladech provedení podle obr. 1 a 2 je nad vodorovným chladičem 6 umístěn hřeblový dopravník 7 k transportu materiálu od jeho vstupu 2 kjeho výstupu 3. V příkladech provedení podle obr. 3 a 4 je hřeblový dopravník 7 nahrazen samospádem materiálu po šikmé horní ploše chladiče 6. Zatím co v provedeních podle obr. 1 a 3 vstupuje plynné chladicí médium jen jedním vstupem 4, v provedeních podle obr. 2 a 4 je plynné chladicí médium rovnoměrně rozdělováno na povrch vrstvy materiálu čtyřmi vstupy 4, což snižuje turbulenci proudění média a tím únos materiálu plynným médiem.In the exemplary embodiments according to FIGS. 1 and 2, a scraper conveyor 7 is arranged above the horizontal cooler 6 for transporting material from its inlet 2 to its outlet 3. In the exemplary embodiments according to FIGS. 3 and 4, the scraper conveyor 7 is replaced by a slope of material along the inclined upper surface of the cooler. 6. While in the embodiments of Figs. 1 and 3 the gaseous coolant enters through only one inlet 4, in the embodiments of Figs. 2 and 4 the gaseous coolant is evenly distributed on the surface of the material layer by four inlets 4, reducing turbulence of the medium flow and thus material entrainment by gaseous media.

Plynné chladicí médium i chladicí kapalina procházejí vně pláště 1 recirkulačními okruhy (nejsou znázorněny), do kterých jsou zařazena chladicí zařízení odebírající chladicím médiím teplo. Navíc v okruhu plynného chladicího média je zařazen odlučovač prachové frakce unášené médiem.Both the gaseous coolant and the coolant pass outside the housing 1 through recirculation circuits (not shown), into which cooling devices taking heat are included in the coolant. In addition, a dust fraction separator entrained by the medium is included in the gaseous refrigerant circuit.

Při provozu chladicího zařízení padá horký materiál ze vstupu 2 horkého materiálu na začátek horní plochy chladiče 6 a je po ní posouván směrem k výstupu 3 ochlazeného materiálu. Při tom je materiál chlazen jednak kondukcí tepla do chladiče 6, jednak konvekcí do proudícího plynného média. Ochlazený materiál pak padá přes výstupní hranu chladiče 6 do výstupu 3 materiálu.During operation of the cooling device, the hot material falls from the hot material inlet 2 to the beginning of the upper surface of the cooler 6 and is then moved towards the outlet 3 of the cooled material. In this case, the material is cooled both by conduction of heat into the cooler 6 and by convection into a flowing gaseous medium. The cooled material then falls over the outlet edge of the cooler 6 into the outlet 3 of the material.

Claims

CLAIMS FOR PROTECTION

An apparatus for cooling material with a gaseous cooling medium, in particular torrefaction material, is formed by a gas-tight jacket (1) in which there is a horizontal or inclined support surface for guiding a layer of material moved over the surface by a rake conveyor (7) or gravity to the outlet. characterized in that the non-perforated support surface is the upper surface of a plate cooler (6) flowing through a coolant at a temperature in the range of 0 ° C to -30 ° C, with at least one inlet (4) of inert gaseous cooling medium above the material layer. at -20 ° C to -60 ° C.

Device according to claim 1, characterized in that the flow of coolant through the cooler (6) is countercurrent to the movement of the material.

Device according to Claim 1 or 2, characterized in that the material inlet (2) to the device and its outlet (3) are provided with a closure, for example a turnstile, preventing the escape of a gaseous medium from the device.

Device according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the outlet (5) of the gaseous cooling medium is connected to its inlet (4) by a recirculation line with an integrated dust fraction separator.

Device according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the housing (1) is covered on the outside with a thermal insulation layer.